芻議小型水庫土石壩的除險加固

畢慶雙

(通河縣水務技術服務中心，黑龍江 通河 150900)

芻議小型水庫土石壩的除險加固

畢慶雙

(通河縣水務技術服務中心，黑龍江 通河 150900)

水庫既是防洪工程，也是水源工程，在防御洪水、農業灌溉和城鄉居民的生活用水方面具有重要作用，在我國的水利建設中占有重要的地位。然而我國大多數小型水庫都修建于20世紀50—60年代，目前，許多小型水庫都因年久失修而出現各種病險問題，甚至出現滲漏的現象，很難達到防洪的標準，給人民的生活與生產活動帶來嚴重的影響，因此針對小型水庫存在的各種問題，找到其出現病險的原因，采取有效的除險加固措施勢在必行。

小型水庫；土石壩；除險加固；現狀；措施

0 前 言

我國是一個農業大國，其中農業人口在全國總人口中所占的比重也非常高，而水利工程又是農業發展的命脈，尤其是小型水庫在我國的農業生產和發展中,發揮了不可替代的作用，因此做好小型水庫的整治與維修工作非常重要，尤其是針對那些已經出現問題，存在安全隱患的水庫土石壩，都要采取有效措施對其進行除險加固處理，其中一些效果良好的土石壩防滲技術的應用，如高壓旋噴灌漿、混凝土防滲墻、沖抓套井回填、土工膜、黏土斜墻等，在一定程度上排除了小型水庫土石壩的險情。

以上技術的應用，對我國小型水庫土石壩的除險加固技術在今后的發展具有一定的借鑒作用。

1 我國小型水庫土石壩的現狀

目前，在我國存在病險的小型水庫土石壩中，有的因工程本身質量差或工程老化失修，根本達不到有關規定的要求或防洪標準，導致水庫無法正常的運轉，對下游人民生命財產的安全產生一定的威脅。其存在的問題主要可以歸結為以下3個方面：

1)土壩未達標，即壩頂偏低，背水坡比過陡或上游干砌石護坡破壞嚴重，管理維修不得當等因素，均會造成小型水庫土石壩的安全存在隱患。

2)當溢洪道無護砌及消能設施時，周時渠底高程偏低，造成水庫無法按預期的標準蓄水同時也無法達到預期的瀉洪目標。

3)因部分輸水洞消力池翼墻受水流沖刷、風化侵蝕和墻后土壓力作用及土體凍融等原因，造成漿砌石出現縱向裂縫，從而底板不斷的受到水流沖刷，嚴重時會造成凍融破壞，對小型水庫的土石壩造成嚴重影響[1]。

2 小型水庫土石壩的出現病險的原因

認真分析小型水庫土石壩出現病險的原因，針對其原因選擇合適的除險加固方案非常重要，首先要親臨現場，對水庫周邊的水保、植被情況進行仔細的觀察與分析，全面了解工程的地質條件及最初的設計與施工情況。從而得出水庫所存在病險的真正原因。

據資料分析顯示，目前導致小型水庫土石壩出現病險的原因有主要有以下4個方面：

1)壩基、壩肩的水文地質情況差，砌石護坡質量差，基礎的巖性、裂隙分布與吸水率不利于堅固小型水庫的土石壩，或工程修建時的處理措施不得當等。

2)在大壩修建的過程中，大多數都是采用人工筑土建成，大壩填筑質量差，造成填筑面的質量相對較差，碾壓質量不達標或有白蟻分布。

3)防滲體不符合相關要求，如無排水棱體或排水棱體已經失效，或由于沖刷形成的局部塌陷和凹坑。

4)壩體斷面尺寸過于單薄部分壩坡過陡而造成的缺土嚴重，坡面雜草叢生等因素，均會對小型水庫的壩體產生不良影響[2]。

3 小型水庫土石壩的除險加固措施

由于小型水庫土石壩在全國各地均有分布，且每個工程都有獨特的設計與施工特點，相對來說工程比較復雜，不同水庫采用的機具與材料也不完全相同。

因此，要具體水庫具體分析，對每一個水庫存在的病險進行系統分析，確定適合小型水庫土石壩加固措施與方法，既能滿足除險加固的要求，又能節約成本[3]。對于小型水庫土石壩的除險加固而言，主要有以下2種方法：

3.1 對小型水庫土石壩的壩體尺寸進行重新設計，加固壩頂

根據《小型水利水電工程碾壓式土石壩設計導則》中所規定的，壩頂高程等于水庫靜水位與壩頂超高之和，對小型水庫不同運行工況下靜水位的壩頂超高核算壩頂高程[4]。

因此對所要除險加固的小型水庫土石壩尺寸重新設計時，要根據工程構造、防汛搶險、交通、新農村建設等方面的需求，在原有壩頂寬度的基礎上進行加寬，比如說當前為3.0～4.5m，考慮需要，本次加固壩頂寬度按4.5m設計。

加固壩頂高程確定為238.5m，在現有基礎上加高壩頂1.04m，并在上游壩肩修建0.9m高的防浪墻，則防浪墻頂高程為238.5m。

加固壩頂之后，可有力完善水庫自身的結構，有力提高小型水庫的防洪能力，有力保障人們的生產、生活有序進行[5]。

3.2 小型水庫土石壩的迎水坡與背水坡除險加固措施

在小型水庫土石壩除險加固的過程中，要做到以下2點：

1)要根據土石壩的具體情況，對迎水坡以補土的方式進行加固以達到設計坡比，補土之后要對其進行翻壓，增加壩體的耐沖刷能力，使壩體進一步堅固[6]。

2)根據背水坡的實際情況進行壩坡補土，加設壩坡防護排水，有必要的情況下設計加修排水體。當背水坡的坡面出現凹凸不平，坡比達不到規范要求時，要對其按照設計的坡比補土筑坡，并對其進行翻壓。如果壩體坡面無排水設施，則要根據《碾壓式土石壩設計規范》設計相應的排水體，如果壩面出現滑坡，且滑坡出現在基礎面以上的下游面，坡面只是局部坍滑，可采用降低水庫蓄水位并對其進行導滲排水，待滑坡部位穩固之后清除松動的土體，再用透水性強的土料對其進行修復，且以恢復小型水庫自身的功能，達到除險加固的目的。

4 小型水庫土石壩的防滲措施

從近些年對小型水庫土石壩的安全隱患排查中，發現土石壩壩體與壩基滲漏是很多水庫共同存在的問題，而沿壩軸線上游側采取防滲措施，下游壩腳采取排水設施，可有效提高壩體的抗滲能力，防止土體顆粒被滲水帶走，是目前解決此類問題最好的方法。

實踐證明，要想徹底根治土石壩的滲漏問題，要在壩體和壩基滲流穩定的情況下，采用高壓噴射灌漿、劈裂灌漿、混凝土防滲墻、沖抓套井黏土回填防滲墻、土工膜、黏土斜墻等防滲等除險加固措施是非常有效的[7]。

4.1 高壓噴射灌漿防滲技術

自上世紀70年代從日本引進高壓旋噴灌漿技術后，在我國的應用過程中不斷的發展創新，改為定向噴射灌漿進行大壩防滲處理后，成功的案例很多，目前旋噴、擺噴、定噴技術在病險水庫壩基防滲中應用良好。其主要優點是施工速度快，比混凝土防滲墻要快將近30倍。

盡管如此也有不少失敗的案例，因此針對不同地層條件，選擇合適的高噴技術參數，進行灌漿試驗，近年來在重慶水利工程土石壩除險加中，該項防滲技術得到廣泛應用。

本段結合某病險水庫，闡明高壓灌漿防滲技術的應用。首先要以一次灌漿量要少，重復多次灌漿的方法，通過套管按照序孔自下而上進行分段灌注。每孔灌漿次數以5～10次為宜，兩次灌漿間隔時間最好超過5d以上。如在鉆孔過程中出現漏漿現象，可采用先灌漿后鉆進的方式來處理，一定注意灌漿量及灌漿壓力要適當。除此之外鉆孔布置也要合理。一般要安排在病險處及其附近，根據《碾壓式土石壩設計規范》(SL274—2001)，此工程壩高已經超過20m，采用雙排布孔效果更佳，孔距最佳值為2.0～2.5m，排距為0.5～1.0m。值得注意的是灌漿材料與灌漿壓力才是整個除險加固過程的核心：根據《碾壓式土石壩設計規范》(SL274—2001)，帷幕灌漿壓力的計算公式為：

P=P0+mD+kyh

(1)

式中：P為灌漿壓力；P0為巖基表層的允許壓力；m為灌漿段上巖層每增加1m所增加的壓力；D為灌漿段上巖層的厚度；k一般設定為1.5；y為壓重的重度；h為灌漿段以上壓重的厚度)把各項數據代入公式得出此水庫的灌漿壓力應為0.1～0.2MPa。

4.2 混凝土防滲墻技術

主要包括2個方面的內容：

4.2.1 混凝土防滲墻技術的推廣和應用

20世紀50年代初，意大利和法國即開始使用混凝土防滲墻技術，因其可以適應各種不同材料的壩體和復雜地基，且能徹底截斷壩體及壩基的滲透水流，受到世界各國的一致好評，都紛紛引進并推廣，我國也不例外，引進混凝土防滲墻技術后，對其進行系統的研究，并取得飛速發展，不僅界定出使用范圍，還針對墻體材料提出了新的見解，從而廣泛運用于我國存在病險的小型水庫除險加固中，效果極佳。

4.2.2 混凝土防滲墻技術的實體操作方法

具體的操作方法如下：在壩體或地基中采用鉆鑿、鋸槽、液壓開槽機、射水及薄抓斗等方法來建造槽形孔，再用泥漿固壁，之后采用直升導管，向槽孔內澆筑混凝土，形成連續的混凝土墻，以達到防滲目的。

實踐證明，此種方法具有安全可靠、適用性廣、實用性強、施工條件寬松等優點，對于卵石含量高的厚地層、基巖和大塊石中效果并不理想，而在砂、砂性土、黏性土、淤泥質土及砂礫石地層建造混凝土連續的防滲墻，造墻深度可達約20m 厚度可達30cm以上，效果非常好，在小型水庫土石壩除險加固的中具有重要作用。

4.3 土工膜防滲技術

1)土工膜防滲技術以其重量輕、運輸量小、鋪設方便、造價低且適應壩體變形等優點，在小型水庫土石壩的除險加固中廣泛使用，其防滲效果非常好。

2)唯一的缺點就是容易受紫外線作用而發生老化，只有埋在地下的土工膜，才能免受紫外線的影響，因此規定使用范圍僅限于壩高50m以下。

根據混凝土防滲墻與土工膜防滲技術的特點，一些工程采用在上游壩坡的中下部，向下采用混凝土防滲墻，上部則采用土工膜斜墻，直到壩頂，兩種方法的科學合理的結合使用后，充分發揮了兩種防滲技術的優點，在小型水庫土石壩除險加固中防滲效果非常明顯。

4.4 沖抓套井黏土回填防滲墻與黏土斜墻防滲技術

沖抓套井黏土回填防滲墻技術因具有施工方便、造價低、工藝與機械設備簡單，工程量小、工作效率高、防滲效果好等優點而被廣泛應用，主要是利用沖抓式打井機具，在土石壩防滲體中造孔，再用黏性土料進行分層回填，形成一個連續的黏土防滲墻。并對井壁土層擠壓，使井孔周圍土體密實，從而達到防滲加固的目的。而在黏土含量較豐富地區，采用黏土斜墻防滲技術，對控制均質土質的壩體滲漏效果良好。

黏土斜墻防滲技術同樣具有施工方便，施工進程快等優點，在小型水庫的土石壩除險加固中應用較多，其缺點是需要黏土較多，造成運輸量較大，制約了其發展。

5 結 語

通過對小型水庫土石壩存在的安全隱患進行系統分析，根據病險土石壩的實際情況與規范的要求，在眾多的除險回固措施中擇優選擇最適合的方法，或幾種方法混合使用，在節約成本的基礎上，最大限度的增加小型水庫土石壩的質量，提高小型水庫的性能，為我國水利工程的發展奠定良好的基礎。

[1]張宏君.對施工階段工程造價管理的思考[J].新疆農墾經濟,2005(04):111-112.

[2]袁福勇.強化管理提高水利建設水平[J].甘肅農業,2005(11):148.

[3]張三友.建筑工程施工成本管理體系[M].北京：中國建筑工業出版社,2001：71-73.

[4]陳開武,惠仕兵,宋光普.病險水庫除險加固問題探討[J].四川水利,2005(03):30-32.

[5]馬海燕，陳小瓊.棺材溝水庫除險加固工程的設計[J].水利科技與經濟,2013,19(07)：19-20.

[6]陳開武,惠仕兵,宋光普.病險水庫除險加固問題探討[J].四川水利,2005(03):30-32.

[7]劉武，李曉強.小型水庫除險加固處理方案與水庫利用探討[J].陜西水利,2009(01):85.

1007-7596(2014)03-0119-03

2013-12-12

畢慶雙(1987-)，男，黑龍江安達人，工程師。

TV698.23

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